過(guò)渡元素化校課件

1、92 過(guò)渡元素 21 過(guò)渡元素的定義和分類(lèi) 1、定義：三種劃分方法第一種： B共8個(gè)豎行25種元素，其原子電子層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有未充滿的d電子亞層。電子構(gòu)型：(n1)d19ns12。第二種： BB共9個(gè)豎行28種元素，電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：原子及其重要的氧化態(tài)有未充滿的d亞層，電子構(gòu)型：(n-1)d軌道部分充滿。(n-1)d 1-10 ns 1-2第三種： BB共10個(gè)豎行31種元素。(n-1)d 1-10ns 1-2。這種劃分，“過(guò)渡” 的含義是指從活潑金屬元素到非金屬元素的過(guò)渡或由周期表 s區(qū)元素過(guò)渡到 p區(qū)元素。我們采用第三種說(shuō)法，從B族到B族10個(gè)從行包括7個(gè)副族和1個(gè)族）共31種元素，稱(chēng)為過(guò)渡元

2、素。 一般：鑭系和錒系除了鑭和錒以外，過(guò)渡元素常不包括其他的鑭系和錒系元素。第一、第二和第三過(guò)渡系總稱(chēng)為“主過(guò)渡元素”;f區(qū)元素稱(chēng)為“內(nèi)過(guò)渡元素”。2、分類(lèi)為了討論的方便，可以根據(jù)過(guò)渡元素的綜合化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi):前過(guò)渡元素：IVBVIIB，不包括Mn，位于d區(qū)前部，其特征是其高價(jià)離子在水溶液中常發(fā)生聚合作用。后過(guò)渡元素： Mn到Cu，第一過(guò)渡系的后部，其特點(diǎn)是以水溶液化學(xué)和配位化學(xué)為其特征。貴金屬元素：的第五、六周期元素有：Ru、Rh、Pd，Os、 Ir、Pt，再加上Ag、Au，特征：豐富的配位化學(xué)。第四周期：第一過(guò)渡系，又稱(chēng)輕過(guò)渡元素；第五、第六周期：第二、三過(guò)渡系，又稱(chēng)重過(guò)渡元素。 周期表

3、 位置不同 周期電子進(jìn) 入軌道在此我們只介紹根據(jù)元素在周期的不同的分類(lèi)： 第一過(guò)渡系（輕過(guò)渡系）：對(duì)應(yīng)第四周期，從鈧（Sc） 鋅（Zn）10種元素第二過(guò)渡系（重過(guò)渡系）：對(duì)應(yīng)第五周期，從釔（Y） 鎘（Cd）10種元素第三過(guò)渡系（重過(guò)渡系）：對(duì)應(yīng)第六周期，從鑭（La） 汞（Hg）10種元素周期族IIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBBB四ScTiCrMnFeCoNiCuZn五YZrNbMoTcRuRhPdAgCd六LaHfTaWReOsIrPtAuHg七Ac第一過(guò)渡系第二過(guò)渡系第三過(guò)渡系22 過(guò)渡元素的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)過(guò)渡元素價(jià)電子層結(jié)構(gòu)：(n-1)d 1-10 ns 1-2 (Pd:4d105

4、s0)為了便于學(xué)習(xí)和理解，我們又把過(guò)渡元素分成兩大類(lèi)：（1）從B族族元素 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：最后一個(gè)電子依次填充在次外層的d軌道上（d1-9）。因而他們都是d區(qū)元素，它們的最外層和次外層電子都沒(méi)有填滿，最外層電子數(shù)只有1或2個(gè)，且保持不變。價(jià)電子層構(gòu)型為： (n-1)d 1-9 ns 1-2（此n表示電子所處的電子層數(shù)）（2）從B族B族的元素其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：它們次外層的d軌道已經(jīng)填滿，最后一個(gè)電子依次填充在最外層的S軌道上（S1-2）。因而他們不是d區(qū)元素，但是，這些族中的某些元素的原子，它們的次外層上的d電子也參加成鍵；而且他們的氧化態(tài)時(shí)d軌道并沒(méi)有排滿，如：Cu2+外圍電子構(gòu)型為3d9，Au3+

5、為5d8等，它們的性質(zhì)與d區(qū)元素很相似所以我們把B族、B族統(tǒng)稱(chēng)為dS區(qū)。所以可以認(rèn)為，過(guò)渡元素是d區(qū)元素和dS區(qū)元素的總稱(chēng)。由于過(guò)渡元素的最外層電子數(shù)比較少，只有1或2個(gè)，所以都屬于金屬，所以過(guò)渡元素又稱(chēng)謂過(guò)渡金屬價(jià)電子層構(gòu)型為： (n-1)d 10 ns 1-21、過(guò)渡元素電子層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與成鍵情況：（1） (n-1)d 軌道的能量與ns、np軌道比較接近，是參與成鍵的內(nèi)層軌道，所以次外層也是價(jià)電子層。 （2） d軌道比s、p軌道數(shù)目多，不但成鍵可能性大，而且成鍵的數(shù)目多。（3）d軌道未充滿其空軌道可以接受孤電子，形成配位化合物（4）(n-1)d與 ns 軌道能級(jí)的高低： 當(dāng)3d軌道無(wú)電子時(shí)

6、，4s軌道的能量小于3d軌道;（鉆穿效應(yīng)為主）當(dāng)3d軌道有了電子之后，其能量下降; 能量低于4s軌道。此時(shí)，3d電子就成了內(nèi)層電子。（屏蔽效應(yīng)為主）或者說(shuō)：對(duì)于原子：4s3d4p 對(duì)于離子： 3d4s4p2-3過(guò)渡元素結(jié)構(gòu)特征與通性2、原子結(jié)構(gòu)特征（1）原子半徑和離子半徑：B B B B B B B 結(jié)論：1）與同周期堿金屬和堿土金屬相比，原子半徑都較小。如：r（k）=203pm，r（Ca）=174pm，原因：電子層數(shù)沒(méi)變，核電荷數(shù)增加BB元素的原子半徑/pm 2）從左到右原子半徑先逐步減小，但接近d10時(shí)半徑又稍增大（d電子屏蔽效應(yīng)小，d電子充滿后，屏蔽效應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)）。3）同族元素的原子半徑

7、從上到下增大，但第二、三過(guò)渡系元素同族半徑相差極小。（鑭系收縮的緣故）。4）離子半徑的規(guī)律與原子半徑相似，d5半充滿有例外。 3、過(guò)渡元素的通性過(guò)渡元素的通性主要表現(xiàn)為： (1)全部是金屬 (2) 有多變的氧化態(tài) (3)水溶液中的離子往往有顏色 (4)易形成配合物 1）過(guò)渡元素都是金屬a、過(guò)渡元素最外層只有12個(gè)電子，所以都表現(xiàn)出金屬性。因此過(guò)渡元素又稱(chēng)過(guò)渡金屬。b、由于過(guò)渡元素的原子半徑較小，但荷電荷數(shù)較大，所以金屬性相對(duì)較弱。c、過(guò)渡元素的原子半徑小且比較相近，所以可互熔成合金。d、過(guò)渡元素的原子半徑較小，但荷電荷數(shù)較大，即有較小的原子體積和較大的原子量，所以表現(xiàn)出：密度大。如： Cs的密

8、度為1.90g/cm3, Pt的密度為21.45g/cm3f、過(guò)渡元素的最外層S電子和次外層的d電子都參加成鍵，且堆積程度大所以表現(xiàn)出，晶體的熔點(diǎn)高，硬度大。如： 銫（Cs）的熔點(diǎn)為28.59，鎢（W）的熔點(diǎn)為3380。2）過(guò)渡金屬的活潑性a、過(guò)渡元素一般不與水反應(yīng)，但第一過(guò)渡系的金屬能與鹽酸或硫酸作用，置換出H2，但活潑性逐漸減弱。這從它們的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)較低可以得到反應(yīng)。ScTiCrMnFeCoNiCuZnM2+/M-1.19-0.44-0.28-0.23-0.76M3+/M-2.0-7.1第一過(guò)渡系元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電動(dòng)勢(shì)（伏）金屬電動(dòng)勢(shì)電對(duì)b、同族元素從上往下，它們的金屬性是逐漸減弱的。 如：

9、B族的Cr、Mo、W，鉻能與鹽酸或硫酸反應(yīng)置換出氫 氣，鉬不能，只能溶于煮沸的稀鹽酸中，鎢只能溶于氫氟 酸和硝酸的混合酸中。 原因：核電荷數(shù)明顯增大，但半徑變化不大，原子核對(duì)價(jià)電子 的束縛力加強(qiáng)。這和主族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律正好相反。3）過(guò)渡元素的多變氧化態(tài)過(guò)渡元素一般都有多變的氧化態(tài)。如：Fe有+2、+3、+6 三種氧化態(tài)（FeO、Fe2O3、Na2FeO4等） Cr有+2、+3、+6 三種氧化態(tài)（CrO、Cr2O3、CrO3等） Mn有+2、+3、+4、+6、+7 多種氧化態(tài)（MnO、Mn2O3、 MnO2、K2MnO4、KMnO4等）族序BBBBBB B元素符號(hào)ScTiVCrMnFeCoN

10、iCuZn價(jià)電子構(gòu)型3d14S23d24S23d34S23d54S13d54S23d64S23d74S23d84S23d104S13d104S2常見(jiàn)氧化數(shù)+2、+3+2、+3、+4+2、+3、+4、+5+2、+3、+6+2、+3、+4、+6、+7+2、+3、+6+2、+3+2、+3+1、+2+2化合物代表Sc2O3TiO、Ti2O3V2O3V2O5略略略CoO、Co2O3NiO、Ni2O3Cu2O、CuOZnO價(jià)電子總數(shù)3456789101112第一過(guò)渡系元素的常見(jiàn)氧化數(shù)原因：過(guò)渡元素的最外S電子和次外層的d電子都可以成鍵。 其穩(wěn)定的氧化態(tài)表現(xiàn)的價(jià)態(tài)與穩(wěn)定性有關(guān)。即當(dāng)?shù)葍r(jià)軌道處于全充滿、半充滿

11、或全空時(shí)比較穩(wěn)定。 4）過(guò)渡元素的化合物或其離子的水溶液往往顯示一定的顏色I(xiàn)IIB VIIB族：最高氧化態(tài) = 族數(shù) VIIIB族: 最高氧化態(tài) 族數(shù) 過(guò)渡元素在水溶液中大都形成的水合配離子而顯色（與s區(qū)、p區(qū)不同），原因是：過(guò)渡金屬離子d 軌 道一 般不充滿，（據(jù)晶體場(chǎng)理論）在配體水的影響下，d軌道發(fā)生分裂，形成能量不同的兩組，受到光照，不同d軌道上的 電子 會(huì)吸收能量產(chǎn)生 d-d 躍遷，d-d 躍遷吸收的能量一般在可見(jiàn)光范圍，所以過(guò)渡金屬水合離子就呈現(xiàn)其互補(bǔ)色 。不同的過(guò)渡金屬離子其電子發(fā)生d-d躍遷吸收的能量不同，因而顯示不同的顏色。當(dāng)最外層呈現(xiàn)d0或d10結(jié)構(gòu)時(shí)，過(guò)渡金屬離子一般不顯示

12、顏色。 Ti3+ V2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+紫紅 紫 綠 藍(lán)紫 肉色 淺綠 淡紫 粉紅 綠 Mn (II) Fe(II) Co(II) Ni(II) Cu(II) Zn(II)過(guò)渡金屬水合離子呈現(xiàn)的多種顏色未成對(duì)d電子發(fā)生躍遷5）過(guò)渡元素容易形成配位化合物 過(guò)渡金屬離子和某些過(guò)渡金屬原子，由于存在空的nS、nP和部分甚至全空的 d 軌道，可以接受配體提供的孤對(duì)電子，形成配位鍵，形成配位離子和配位化合物。 如：K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6、 Ag(NH3)2OH、 Cu(H2O)42+等 鉑系元素由于原子半徑小，d電子數(shù)較多，且易變形，更

13、易形成配位化合物。如：H2 PtCl6。 其他還有：如許多過(guò)渡元素及其化合物具有獨(dú)特的催化性能；多數(shù)過(guò)渡元素的原子或離子具有順磁性，以及過(guò)渡金屬氧化物的水化物的酸堿性的遞變規(guī)律等，在以后介紹具體元素時(shí)再討論，在此不介紹了。3-1 鉻 單 質(zhì)1、物理性質(zhì) 鉻是銀白色、有光澤、硬度最大的金屬但脆，熔點(diǎn)高，有延展性。鉻由于有良好的光澤和很強(qiáng)的抗腐蝕性，所以廣泛用于電鍍工業(yè)，作金屬的保護(hù)鍍層。 鉻在形成金屬鍵時(shí)提供6個(gè)電子,金屬鍵較強(qiáng) 93 鉻（Cr）B族包括：鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）三個(gè)元素。鉻的價(jià)電子構(gòu)型：3d54S1 氧化態(tài)：+2、+3、+6。其中以+3和+6的化合物較常見(jiàn)。 鉻在地殼中

14、的豐度為：約0.018%，主要以礦物形式存在。如：鉻鐵礦：Fe(CrO2)2歸納為：高熔點(diǎn)，高硬度，高強(qiáng)度，耐腐蝕性鉻元素電勢(shì)圖/伏+1.33 -0.41 -0.91 -0.74 -0.13 -1.1 -1.4 -1.5 由鉻的標(biāo)準(zhǔn)電極電位可見(jiàn)，鉻具有較強(qiáng)的還原性，是比較活潑的金屬，但由于表面易形成氧化膜而變?yōu)殁g態(tài)，活潑性下降2、化學(xué)性質(zhì)（1）與非氧化性的無(wú)機(jī)酸反應(yīng)如：與鹽酸或稀H2SO4的反應(yīng)Cr + 2HCl = CrCl2 + H2 藍(lán)色溶液4CrCl2+ 4HCl + O2 = 4CrCl3+ 2H2O 空氣中變綠 Cr2+(aq) Cr3+(aq)（2）與熱的濃H2SO4的反應(yīng)2Cr

15、+6H2SO4(濃) = Cr2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O （3）冷的濃H2SO4、冷的HNO3無(wú)論濃稀都可以把鉻鈍化，甚至冷的王水也不能溶解鉻。 鉻也能發(fā)生置換反應(yīng)把溶液中銅等置換出來(lái)。高溫下能與鹵素、氮、氧、碳等許多非金屬反應(yīng)。3、用途（1）做各種不銹鋼的器件，不銹鋼中鉻含量在12%14%（2）制造其它合金（3）做金屬陶瓷 (含77%的Cr, 23%的Al2O3)（4）作金屬表面的電鍍保護(hù)層3-2 鉻的化合物 鉻的化合物中氧化態(tài)有：+2、+3、+6。 其中以+3 和+6 的化合物較常見(jiàn)。1、Cr (III)化合物常見(jiàn)的： Cr2O3 、 Cr(OH)3、 Cr2(SO4)3和亞

16、鉻酸鹽等 （1） Cr2O3(鉻綠) 微溶于水, 具有-Al2O3的結(jié)構(gòu)制備兩性亞鉻鹽（紫色）亞鉻酸鹽（綠色）這和Al2O3的性質(zhì)很相似（2） Cr(OH)3紫色 灰藍(lán)色 綠色在可溶性的鉻（）鹽溶液中加堿，得到灰蘭色的膠狀Cr(OH)3沉淀， Cr(OH)3顯兩性在溶液中存在下列平衡Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3 Cr(OH)4-OH- H+OH- H+ 當(dāng)pH 4.6時(shí)，Cr（ ）以簡(jiǎn)單陽(yáng)離子Cr3+的形式存在， 當(dāng)pH1314時(shí)，就以Cr(OH)4-的形式存在。Cr(OH)4-通常可以寫(xiě)成CrO2-（3） Cr (III)鹽和亞鉻酸鹽可見(jiàn)，在酸性介質(zhì)中Cr3+相當(dāng)穩(wěn)定,只有很強(qiáng)氧化

17、劑才能將其氧化 在堿性介質(zhì)中CrO2- 還原性較強(qiáng)，易被氧化為CrO42- Cr3+在溶液中實(shí)際以d2sp3型配離子Cr(H2O)63+的形式存在。但Cl-或NH3可以取代水分子。如CrCl36H2O有三種異構(gòu)體：Cr(H2O)6Cl3紫色， Cr(H2O)5ClCl2H2O淡綠色， Cr(H2O)4Cl2Cl2H2O暗綠色 2、Cr (VI)化合物（1）在水溶液中存在下列平衡 常見(jiàn)為含氧酸鹽和對(duì)應(yīng)酸: 重鉻酸鹽、 鉻酸鹽，重鉻酸、 鉻酸。 黃色 橙色加酸平衡右移，當(dāng)pH6：溶液中以CrO42-為主當(dāng)加入Ba2+ Pb2+ Ag+等由于生成鉻酸鹽沉淀，平衡左移 2Ba2+ + Cr2O72-+

18、H2O = 2H+ + 2BaCrO4(黃) Ag+ + Cr2O72- 或 CrO42- Ag2CrO4(磚紅色) Pb2+ + Cr2O72- 或 CrO42- PbCrO4 (黃色)分析化學(xué)中常用于檢驗(yàn)這些離子 （2） 重鉻酸鹽的強(qiáng)氧化性如： Cr2O72- + 14H+ + 6I- = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O 用途 分析化學(xué)中用K2Cr2O7測(cè)定鐵的含量重鉻酸鹽氧化乙醇監(jiān)測(cè)司機(jī)是否酒后開(kāi)車(chē) 重鉻酸鹽在酸性溶液中是強(qiáng)氧化劑，可以氧化H2S、H2SO3、HI、Fe2+等，加熱時(shí)可以氧化濃鹽酸逸出Cl2。K2Cr2O7 指示劑（3）三氧化鉻：CrO3 酸酐,強(qiáng)氧化劑 K2Cr2

19、O7 +H2SO4 =K2SO4 + CrO3 + H2O 是強(qiáng)氧化劑, 棕紅色逐漸變?yōu)榫G色失效 想想為什么重鉻酸鉀濃溶液中加入濃硫酸灰析出橙紅色晶體CrO3 CrO3(s) + H2O = H2CrO4 H2CrO4強(qiáng)酸, 酸性接近于硫酸，但H2CrO4只能在溶液中存在，無(wú)法分離出純凈的鉻酸。橙紅色晶體介紹 常用的洗液：K2Cr2O7飽和溶液 + H2SO4（濃）？3、Cr()和Cr（）的鑒定 OH5C2 C2H5過(guò)氧化物不穩(wěn)定，在乙醚中可以形成穩(wěn)定的加合物為蘭色小結(jié)：(NH4)2CrO4(橙黃)Cr2O3(s,綠)CrCr(OH)3(灰綠)Cr(OH)4(亮綠)-Cr2O7(橙紅)2-Cr

20、O4(黃)2-BaCrO4(s,檸檬黃)Ag2CrO4(s,磚紅)PbCrO4(s,黃)Cr3+CrO(O2)2(藍(lán))O2，H+H+H+H+H+過(guò)量OH -OH -氨水或適量OH -H2O2Cl2Br2ClO-Sn2+, Fe2+SO3, H2SI -(Cl-)2-S2O82-H2O2OH -乙醚Ag+Ba2+Pb2+Ba2+Pb2+Ag+H+Cr2+O2Zn4-1 錳 單 質(zhì)1、制備： 2、物理性質(zhì)(1) 塊狀錳為銀白色,粉末狀為灰色，錳的熔點(diǎn)較高（1247） 硬度較大但脆。(2) 錳在制合金有重要用途9.4 錳（Mn） Mn是B族元素，B族包括：錳（Mn）、锝（Tc）、錸（Re）三個(gè)元素。

21、稱(chēng)錳族元素 錳的價(jià)電子構(gòu)型：3d54S2 氧化態(tài)：+2、+3、+4、+6、+7。 其中以+2、+4、+6和+7的化合物較常見(jiàn)。 錳在地殼中的豐度為：約0.085%，主要以礦物形式存在。如：軟錳礦(MnO2xH2O)。錳是一種重要的金屬元素，應(yīng)用很廣。3、 化學(xué)性質(zhì)（2） 高溫下與鹵素、O2、S、C、P等非金屬直接化合（1） 錳是活潑金屬，呈強(qiáng)還原性（3） 在氧化劑存在下與熔融的堿作用生成錳酸鹽 錳元素電勢(shì)圖/伏1.6951.231.510.5965-0.0514酸性溶液堿性溶液 由電勢(shì)圖和電子層結(jié)構(gòu)可知：（1） Mn2+很穩(wěn)定，在酸性介質(zhì)中，Mn2+還原性不強(qiáng), 與強(qiáng)氧化劑才能反應(yīng)4-2 錳(

22、II)的化合物 說(shuō)明：鑒定Mn2+常用NaBiO3或(NH4)2S2O8反應(yīng)生成MnO4- 溶 液顯紫色 酸化時(shí)用HNO3不能用鹽酸 C(Mn2+)很低時(shí)，也很靈敏Mn（）的強(qiáng)酸鹽都易溶于水, 水溶液呈淡紅色（2） Mn()在堿性條件下不穩(wěn)定(還原性強(qiáng)) 如： MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2(白) + Na2SO42Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 (棕色) Mn(OH)2 + 氧化劑 MnO2 或 K2MnO4MnO2（3）酸性介質(zhì)中，顯強(qiáng)氧化劑 4-3 錳(IV)的化合物（1）黑色無(wú)定形粉末，不溶于水和稀酸（2）熱不穩(wěn)定性（4）在強(qiáng)堿性介質(zhì)中呈還原性，氧化產(chǎn)

23、物為錳酸鹽綠色1、K2MnO4 4-4 錳(VI)和錳(VII)的化合物（1） 暗綠色晶體；（2） 強(qiáng)堿性溶液中能穩(wěn)定存在（3） 在酸性、中性、弱堿性介質(zhì)中均自發(fā)歧化生成高錳酸鹽和二氧化錳強(qiáng)堿性介質(zhì)中，錳酸鹽能穩(wěn)定存在的原因：MnO42-/MnO2電對(duì)的電極電動(dòng)勢(shì)受H+的影響大，而MnO4-/MnO42-電對(duì)的電極電動(dòng)勢(shì)的高低，不受H+的影響。 熔堿 + 氧化劑 + MnO2 MnO42-鹽K2MnO4在酸介質(zhì)中歧化，得KMnO4和MnO22、KMnO4KMnO4是深紫色晶體, 比較穩(wěn)定；水溶液紫紅色 光及MnO2對(duì)KMnO4的分解起催化作用, 所以KMnO4溶液應(yīng)保存于棕色瓶中遇酸緩慢分解K

24、MnO4的性質(zhì)：不穩(wěn)定性和強(qiáng)氧化性（1）不穩(wěn)定性受熱分解（2）強(qiáng)氧化性還原劑SO32-I-Cl-H2SFe2+Sn2+氧化產(chǎn)物SO42-I2Cl2S或SO42-Fe3+Sn4+溶液的酸度不同，KMnO4被還原的產(chǎn)物不同酸性溶液：中性或微酸、弱減性：強(qiáng)堿性：KMnO4 + H2SO4(濃、冷) Mn2O7 Mn2O7 呈綠色油狀，強(qiáng)氧化性Mn2O7 + 有機(jī)物（例乙醇） 爆炸、燃燒MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O 3、應(yīng)用 在分析化學(xué)中應(yīng)用氧化還原法，用KMnO4測(cè)定鐵等各種物質(zhì)的含量。生成歸納 （1）酸性介質(zhì)中Mn2+穩(wěn)定 （2）中性、弱堿性溶

25、液中MnO2穩(wěn)定 （3）強(qiáng)堿性介質(zhì)中MnO42-穩(wěn)定小 結(jié)(黑褐)(白色)(肉色)(深肉色）無(wú)O2+OH-H+KClO3 +KOHH+或CO2(歧化)H2O+SO32-OH-(濃)+SO32-H+或CO32-(歧化)紫色暗綠9-5 鐵 VIII族包括：鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）、釕（Ru）、銠（Rh）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、鉑（Pt）9種元素。 第一過(guò)渡系的Fe、Co、Ni的性質(zhì)很相似，統(tǒng)稱(chēng)為鐵系元素。 第二過(guò)渡系、第三過(guò)渡系的Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt由于鑭系收縮等原因，性質(zhì)也很相似稱(chēng)為鉑系元素；鉑系元素是稀有元素，和金（Au）、銀（Ag）一起又稱(chēng)為貴金屬。鐵系

26、和鉑系元素我們主要介紹鐵系元素中的鐵。鐵系元素（鐵、鈷、鎳）鉑系元素（釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑）5-1 鐵單質(zhì)鐵系元素的基本性質(zhì)元素FeCoNi電子層結(jié)構(gòu)3d64s23d74s23d84s2氧化態(tài)+2+3(+6)+2+3(+4)+2(+3)穩(wěn)定性的氧化態(tài)+3+2+2標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) ( M2+/M)-0.44-0.29-0.25 Fe3+的電子層結(jié)構(gòu)為3d54s0，所以， Fe3+比Fe2+穩(wěn)定。氧化數(shù)為+6的鐵，主要存在于高鐵酸鹽中，如：高鐵酸鈉（Na2FeO4）。鐵和鉀、鈣同屬第四周期，由于鐵的原子半徑比鉀、鈣小很多，但核電荷數(shù)大于鉀、鈣，所以活潑明顯降低。 r(K): r(Ca): r(Fe)

27、 = 2.35A : 1.97A : 1.26A O O O 鐵是自然界分布最廣的金屬元素之一。鐵是迄今為止人類(lèi)冶煉最多、應(yīng)用最廣泛的金屬。鐵在地殼中的含量約5%，在金屬中僅次于鋁。在金屬分類(lèi)中，鐵和鉻、錳統(tǒng)稱(chēng)為黑色金屬鐵在自然界的存在： 游離態(tài): 隕石中 化合態(tài): 礦石，如磁鐵礦(Fe3O4)、 赤鐵礦(Fe2O3)、褐鐵礦 (2Fe2O33H2O)、 菱鐵礦(FeCO3)。1、鐵的物理性質(zhì)：（）純凈的鐵是銀白色金屬,有光澤（2）具有良好的延展性和堅(jiān)韌性（3）是電和熱的良導(dǎo)體（4）密度是7.86g/ cm3，熔點(diǎn)：1535沸點(diǎn)是2750（5）特性:能被磁體吸引，在磁場(chǎng)作用下可以被磁化而具鐵磁

28、性 純鐵抗腐蝕力強(qiáng)，但通常鐵都含有碳或其他元素，因而熔點(diǎn)降低，抗腐蝕力弱。（1）與非金屬反應(yīng)（Cl2、Br2、I2、O2 、S等)2、鐵的化學(xué)性質(zhì)： 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 現(xiàn)象 ：褐色的煙 3Fe + 2O2 Fe3O4 Fe + S FeS （黑色） 鐵是比較活潑的金屬，一定條件下能與許多非金屬和某些化合物反應(yīng)。問(wèn)：如何制取FeCl2 ？鐵與Br2、I2反應(yīng)的產(chǎn)物是什么？如持續(xù)加熱呢？硫和碘的性質(zhì)相似性，與鐵反應(yīng)都生成亞鐵（2）與某些鹽溶液反應(yīng)Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu（3）與酸反應(yīng)：(a)與非氧化性酸反應(yīng)（置換反應(yīng)）Fe + 2HCl 2FeCl2 + H2F

29、e + H2SO4 (稀)FeSO4 + H2 Fe + Fe2(SO4)3 3FeSO4 想想：上述兩個(gè)反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室有哪些應(yīng) 用 想想有哪些現(xiàn)象？（b）與氧化性酸反應(yīng)（HNO3、濃H2SO4）常溫下與濃硝酸、濃硫酸產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象加熱時(shí)反應(yīng)。 2Fe + 6H2SO4 (濃) Fe2 (SO4) 3 + 3SO2+ 6H2OFe+4HNO3(稀)Fe (NO3)3+NO+2H2OFe+6HNO3 (濃) Fe (NO3)3+3NO2 + 3H2O想想：鈍化是否沒(méi)反應(yīng)？ 哪些金屬也有此性質(zhì)與稀硝酸不加熱也反應(yīng)，產(chǎn)物不是氫氣思考：加過(guò)量鐵時(shí)產(chǎn)物會(huì)有什么變化？如何寫(xiě)方程式？4、與水反應(yīng)：常溫

30、下通常不與水反應(yīng)，高溫時(shí)可以反應(yīng)Fe3O43Fe+4H2O（g）+4H2高溫 從上述反應(yīng)比較Fe與H2的還原性可得到什么啟示？ 5、不純鐵的電化腐蝕反應(yīng)反應(yīng)式： 4Fe +nH2O +3O22Fe2O3nH2O想想鐵的電化腐蝕實(shí)際是怎么進(jìn)行的？+：O2 +2H2O +4e = 4OH-：Fe 2e = Fe2+Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O4Fe(OH)3Fe(OH)3Fe2O3XH2O 未配平討論題：1、把鐵投入下列溶液中，鐵與下列物質(zhì)不反應(yīng)的是 （ ） A. HAc溶液 B.濃硝酸 C. 濃硫酸 D.稀硝酸 E. 氫氧化鈉溶液 F. 二氧

31、化硫水溶液2、由兩種金屬組成的合金50克，與氯氣完全反應(yīng)，消耗氯氣71克，則該金屬的可能組成是 （ ） A. Cu和Zn B. Na和Al C. Fe和Cu D. Mg和CaEC3、下列可用鐵桶較長(zhǎng)期盛裝的是 （ ） A. FeCl3(溶液) B. CuSO4(溶液) C. 4mol/L HNO3 (冷) D. 18mol/L H2SO4(冷) E. AlCl3(溶液)D4、將鐵粉撒入下列溶液中充分反應(yīng)后，溶液的質(zhì)量增加但無(wú)氣體放出的是 （ ） A、CuCl2 B、H2SO4 C、AgNO3 D、Fe2（SO4）D 2、鐵的化合物 鐵是比較活潑的金屬，在自然界主要以化合態(tài)和礦物形式存在。鐵的化

32、合物主要有： 鐵的氧化物 鐵的氫氧化物 鐵鹽名 稱(chēng)俗 稱(chēng)化學(xué)式氧化亞鐵氧化鐵四氧化三鐵共 性與酸與 還 原劑氧化鐵紅磁性氧化鐵黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體+ 2+ 3+ 2，+ 3不 溶不 溶不 溶堿 性 氧 化 物都能與酸反應(yīng)。如都能被還原。如（1）鐵的氧化物：色 態(tài)化合價(jià)水溶性類(lèi) 型（a）鐵的氧化物性質(zhì)比較（b）鐵的氧化物生成和相互轉(zhuǎn)化 鐵的氧化物生成 3Fe + 4O2 2Fe3O4 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O 鐵的氧化物相互轉(zhuǎn)化 Fe3O4 Fe FeO Fe2O3 點(diǎn)燃CO, H2O2CO, H2CO, H2CO, H2O2 將NaOH溶液滴入FeCl3溶液 產(chǎn)生紅褐色

33、沉淀 將NaOH溶液滴到新制的FeSO4溶液中。 產(chǎn)生白色沉淀灰綠色紅褐色離子方程式和化學(xué)方程式：（2）鐵的氫氧化物：Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3（紅褐色）Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2（白色）4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3(a)鐵的氫氧化物的制備（b）鐵的氫氧化物的主要性質(zhì)具有不溶性堿的共性熱不穩(wěn)定性 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O具有堿性氫氧化物的性質(zhì)，與酸等反應(yīng)（2）Fe（）鹽 Fe能形成穩(wěn)定的+3價(jià)簡(jiǎn)單鹽，常見(jiàn)的是強(qiáng)酸鹽；Fe(NO3)36H2O、FeCl36H2O、Fe2(SO4)312H2O。溶解性：都易溶于水。鹽中的Fe(

34、H2O)63+（淺紫色），它也可存在于pH=0左右的強(qiáng)酸性溶液中。水解性：Fe()鹽比Fe（）更易水解，使溶液呈黃色或紅棕色。 Fe(H2O)63+H2O Fe(OH)(H2O)52+H3O+ Fe(OH)(H2O)52+H2O Fe(OH)2(H2O)4+H3O+ 3.一些重要的鐵鹽（1）Fe()鹽： 強(qiáng)酸鹽都易溶于水，并微弱水解，顯示酸性； 水合鹽晶體及其水溶液呈現(xiàn)淺綠色：Fe(H2O)62+，如 FeSO47H2O:俗稱(chēng)綠礬，淺綠色 復(fù)鹽 (NH4)2SO4FeSO46H2O硫酸亞鐵銨，俗稱(chēng)摩爾鹽（它比FeSO4更穩(wěn)定，常作分析化學(xué)中的還原劑） 水解及雙水解反應(yīng)如： FeCl3溶液呈酸性

35、與Na2CO3的雙水解反應(yīng)： 2Fe3+ +3CO32- +3H2O 2Fe(OH)3+3CO2 Fe3+ CO32-HCO3-AlO2-等Fe3+與S2-、I-、H2S等應(yīng)該發(fā)生什么反應(yīng)呢？想想 Fe3+與下列微粒反應(yīng)的離子反應(yīng)和化學(xué)方程式 的書(shū)寫(xiě)（a）FeCl3的化學(xué)性質(zhì)與可溶堿的反應(yīng)： 如：氨水、燒堿等反應(yīng)與某些鹽的反應(yīng): 如：硝酸銀等的反應(yīng)強(qiáng)氧化性：與H2S、Fe、Cu、KI、S2-、I-等的反應(yīng) 2Fe3+ +H2S S+2Fe2+2H+ 2Fe3+ + Cu 2Fe2+ + Cu2+Fe的配合物和Fe3+檢驗(yàn)： （a）硫氰配合物 實(shí)驗(yàn)在FeCl3稀溶液中滴入數(shù)滴 KSCN溶液，溶液

36、呈血紅色；再加入少量還原鐵粉，紅色褪去；取出上層液，再滴入氯水或H2O2，溶液又顯紅色離子反應(yīng)方程式： Fe3+ + nSCN- Fe(SCN)n(3-n)+ 6種配離子。 （6種配離子溶于水均呈血紅色） 該反應(yīng)十分靈敏，可檢出微量Fe3+；常用于Fe3+的定性檢驗(yàn) 2Fe(SCN)2+ Fe 3Fe2+ + SCN- 2Fe2+ + Cl2 2Fe3+ + 2Cl- Fe3+ +nSCN- Fe(SCN)n(3-n)+ （血紅色）（b）氰配合物 向Fe3+溶液中加入六氰合鐵（）酸鉀（習(xí)慣稱(chēng)亞鐵氰化鉀-黃血鹽）K4Fe(CN)6溶液，出現(xiàn)蘭色沉淀稱(chēng)普魯士藍(lán)。用于檢驗(yàn)Fe3+反應(yīng)式：K+ + F

37、e(CN)64- + Fe3+ KFeFe(CN)6 (普魯士藍(lán))(b)亞鐵鹽的化學(xué)性質(zhì)與可溶堿的反應(yīng)： 如:氨水、燒堿等的反應(yīng)較強(qiáng)的還原性： 如:可以被氯水、溴水、雙氧水、HNO3、KMnO4、K2Cr2O7、O2等氧化劑氧化Fe(NO3)2的特殊性：在溶液Fe(NO3)2的中加入鹽酸或硫酸有何現(xiàn)象溶液變?yōu)樽攸S色如：6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ +2Cr3+ + 7H2O 空氣中：4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 2H2O Fe的配合物和Fe2+的檢驗(yàn)： 向Fe3+溶液中加入六氰合鐵（）酸鉀（習(xí)慣稱(chēng)鐵氰化鉀-赤血鹽）K3Fe(CN)6溶液，出現(xiàn)蘭色

38、沉淀稱(chēng)滕氏藍(lán)。用于檢驗(yàn)Fe2+反應(yīng)式：K+ + Fe(CN)63- + Fe2+ KFeFe(CN)6 (滕氏藍(lán))經(jīng)結(jié)構(gòu)分析測(cè)定普魯士藍(lán)和滕氏藍(lán)不但化學(xué)式相同都是： KFeFe(CN)6；而且結(jié)構(gòu)也是一樣的，都是內(nèi)界為鐵（）外界為鐵（）。 鐵還能形成其它配合物， 如：Fe(CO)5五羰基合鐵（0）（淺黃色液體）等。練練Fe3+、Fe2+、Fe的相互轉(zhuǎn)化的一些反應(yīng)式 FeBr2 + Cl2(逐滴至過(guò)量) FeI2 + Cl2(逐滴至過(guò)量) ， FeCl3 + HI FeCl3 + H2S Fe（少）+ HNO3(稀) Fe (過(guò)量)+ HNO3（?。?FeCl3 + Na2CO3 FeCl3 +

39、 NaHCO3 FeS + HNO3（?。?FeCl2 + NaOH（4）Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)和確定存在 KSCN溶液 K4Fe(CN)6 NaOH溶液Fe3+檢驗(yàn)現(xiàn)象溶液呈血紅色紅褐色沉淀Fe2+檢驗(yàn)NaOH溶液K3Fe(CN)6KSCN溶液 后，再加氯水或過(guò)氧化氫白色沉淀灰綠色紅褐色先無(wú)現(xiàn)象，再加后溶液呈血紅色蘭色沉淀蘭色沉淀1、家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此變化過(guò)程中不發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是 （ ） A. 4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3 B. 2Fe2H2OO2 2Fe(OH)2 C. 2H2OO24e OH D. Fe3e Fe3 D討論題2、在稀鹽酸中

40、投入銅粉沒(méi)有現(xiàn)象，在此溶液中加入下列物質(zhì)，銅會(huì)溶解的是 （ ） A. 適量氯化銅溶液 B. 適量氯化鐵溶液 C. 適量硝酸鈉固體 D. 適量銀粉BC三、煉鐵和煉鋼（一）煉鐵 1、鐵合金（1）生鐵：含碳量24.3%的鐵合金 硬而脆 生鐵中除含碳外，還含Si、Mn和少量S、P等。根據(jù)碳在鐵中存在的形態(tài)不同，生鐵分為：煉鋼生鐵 （又稱(chēng)白口鐵）鑄造生鐵 （又稱(chēng)灰口鐵）球墨生鐵其他生鐵：如硅鐵、錳鐵生鐵 2、鋼 鋼也是鐵合金，含碳一般0.032% 鋼的性能：堅(jiān)硬、有韌性、彈性，可鍛造、 延壓、鑄造。 低碳鋼：含碳量低于0.3% 碳素鋼 中碳鋼：含碳量0.30.6%鋼 （普通鋼） 高碳鋼：含碳量大于0.6

41、% 鎢鋼、錳鋼：硬度大，可制刀具、履帶等 合金鋼 錳硅鋼：韌性特別強(qiáng)，可制彈簧圈等 （特種鋼） 鎢鉻鋼：韌性好硬度大，制刀具、模具等 鎳鉻鋼（不銹鋼）：抗腐蝕、耐氧化，制 醫(yī)療器件、餐具等3、煉鐵：鐵在地殼里以礦物形式存在稱(chēng)為鐵礦石鐵礦石主要有：磁鐵礦石（主要成分：Fe3O4）：黑色或略帶淺蘭 色 晶體，有磁性。赤鐵礦石（主要成分： Fe2O3）：暗紅，含鐵多 會(huì)呈黑色。褐鐵礦石（主要成分： 2Fe2O33H2O）：褐色、黃 褐色、黑褐色菱鐵礦石（主要成分： FeCO3）：黃白、淺褐、深 褐色（1）煉鐵原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑把礦石中的鐵還原出來(lái)。（2）煉鐵設(shè)備：高爐高爐構(gòu)造

42、：5個(gè)部分組成：爐喉、爐身、爐腰、 爐腹、爐缸 5個(gè)口：進(jìn)料口、進(jìn)風(fēng)口、出鐵口、 出渣口、高爐煤氣出口（3）煉鐵原料：鐵礦石、焦炭（還原劑）、石灰石（作熔劑）煉鐵高爐（4）煉鐵過(guò)程和主要反應(yīng)：反應(yīng)： C + CO2 CO2 +Q CO2 + C 2CO Q Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2除脈石：CaCO3 CaO +CO2 CaO + SiO2 CaSiO3產(chǎn)品：生鐵主要用于煉鋼爐渣作水泥、渣磚高爐煤氣（CO、CO2、N2等）凈化處理后作 氣體燃料。高溫高溫高溫（二）煉鋼：原理：利用氧化還原反應(yīng)，把生鐵中過(guò)多 的碳和其他雜質(zhì)錳、硅、硫、磷等 雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去。目的：適當(dāng)降

43、低生鐵里的含碳量，除去大 部分S、P等有害物質(zhì)，調(diào)整鋼里合 金元素的含量。 原料：生鐵 氧化劑：O2（或空氣）、氧化鐵 造渣材料：生石灰（CaO）主要反應(yīng)： 2Fe + O2 2FeO + Q Mn + FeO MnO + Fe + Q Si + 2FeO SiO2 + 2Fe + Q C + FeO CO + Fe + Q SiO2 + FeO FeOSiO2 SiO2 + MnO MnOSiO2 FeS + CaO FeO + CaS 2P + 5FeO + 3CaO 5Fe + Ca3(PO4)2 FeOSiO2 + CaO CaOSiO2 + FeO Si + 2FeO 2Fe + S

44、iO2 Mn + FeO MnO + Fe 2Al + 3FeO 3Fe + Al2O3 高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫高溫脫S脫P(yáng)高溫脫氧,調(diào)節(jié)成分加工成鋼渣磷肥防止鋼的熱脆性制合金鋼思考題：1、煉鐵與煉鋼的原理有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？2、煉鐵中的實(shí)際還原劑是什么？在煉鐵過(guò)程中為什么要加入石灰石？在煉鋼時(shí)加入CaO它們各起什么作用？3、煉鋼開(kāi)始和結(jié)束都有FeO與Mn、Si、Al等的反應(yīng)，它們的目的有什么不同？4、高爐煤氣與水煤氣的成分有什么不同？相同點(diǎn)：都是利用了氧化還原反應(yīng)不同點(diǎn)：還原煉鐵，氧化（除雜）煉鋼煉鐵：CO；作熔劑，除去脈石 （SiO2)煉鋼：造渣材料開(kāi)始是除去Si等雜質(zhì)，結(jié)束是

45、脫去FeO中的氧并調(diào)節(jié)成分高爐煤氣：CO、CO2、N2等，水煤氣： CO、H2等Fe(H2O)63+Fe(H2O)3(OH)3 Fe2O3xH2OFeCl3FeFe(H2O)62+Fe(OH)2FeCl2Fe3O4KFeFe(CN)6FeSFe(SCN)2+小結(jié)5-1 銅 單 質(zhì) 95 銅（Cu） B族（稱(chēng)銅副族）主要包括：銅（Cu）、銀（Ag）、金（Au）三個(gè)元素。111Uun為放射性元素不討論。 價(jià)電子構(gòu)型：(n-1)d10nS1 ，銅是3d104S1 。 銅的氧化數(shù)：有+1、+2。其中以+2的化合物較多見(jiàn)。 銅離子具有較強(qiáng)的極化力。易形成配合物。 銅和鉀都是第四周期的金屬，最外層只有1個(gè)

46、電子，但由于銅的次外層有18個(gè)電子比鉀多了3d軌道10個(gè)電子，3d軌道離核較遠(yuǎn)，對(duì)原子核的屏蔽作用小，而銅元素的核電荷數(shù)大于鉀，而原子半徑銅（1.17A）比鉀的原子半徑（2.03A）小得多。標(biāo)準(zhǔn)電極電動(dòng)勢(shì)(Cu+/Cu)=+0.52伏,(K+/K)=-2.925伏。 活潑性：kCu 銅是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一。主要以礦物形式存在，有黃銅礦(CuFeS2)、輝銅礦(Cu2S)、孔雀石Cu2(OH)2CO3、赤銅礦（Cu2O）等。地殼的含量約萬(wàn)分之一。o o1、物理性質(zhì)銅是有紫紅色光澤，有較好的延展性，質(zhì)較軟的金屬。熔點(diǎn)：1083，密度：8.92g/cm3。是熱和電的良導(dǎo)體。銅有較好的耐腐蝕能力。銅常制成合金，如黃銅、青銅和白銅分別用作儀器部件等。2、化學(xué)性質(zhì) 銅是不太活潑金屬，可形成+1，+2，氧化態(tài)的化合物，Cu(+2)較穩(wěn)定。（1）在含CO2的潮濕空氣中，銅可以生銹生成銅綠顯綠色：2Cu + H2O + CO2 + O2 Cu2(OH)2CO3（2）可溶于